Elektroda z pseudociekła fazą mambranową o funkcji streptomycynowej - Biblioteka UMCS

U NIV E R S IT A TI S MARIAE C U R I E - S K Ł O D O W S K A LUBLIN — POLONIA

VOL. XLIV/XLV, 1 SECTIO AA 1989/1990

Wydział Chemii UMCS

Zakład Chemii Analitycznej i Analizy Instrumentalnej

Ryszard DUMKIEWICZ, Kazimierz SYKUT, Anna KUSAK

Elektroda z pseudociekłą fazą membranową o funkcji streptomycynowej

Membrane Electrode with a Pseudoliquid Phase for the Streptomycin Determination

Wykorzystując doświadczenia zebrane przy konstrukcji i badaniu właś­

ciwości elektrod selektywnych względem antybiotyków z grupy penicylin [1, 2]

i cefalosporyn [3, 4] postanowiono zbadać przydatność ciekłego kationitu sulfonowego kwasu dwunonylonaftalenosulfonowego (DNNS) jako substancji aktywnej pseudociekłej fazy membranowej elektrody selektywnej względem kationu streptomycyny.

Cząsteczka streptomycyny wskutek obecności dwóch reszt guanidynowych oraz ugrupowania metyloaminowego ma charakter zasadowy i tworzy z kwa­

sem DNNS połączenia mogące spełniać rolę substancji aktywnej fazy memb­

ranowej elektrody jonoselektywnej.

Elektrody o funkcji streptomycynowej nie są dotychczas opisane w literatu­

rze dotyczącej elektrod jonoselektywnych.

KONSTRUKCJA ELEKTRODY

Konstrukcja elektrody z pseudociekłą fazą membranową opisana została we wcześniejszych pracach [1, 3, 5]. Istotnym elementem elektrody o funkcji streptomycynowej jest pseudociekłą faza membranowa znajdująca się w tef­

lonowym czujniku z wprowadzoną do niej elektrodą odniesienia Ag/AgCL Faza membranowa składa się z plastyfikatu PCW zawierającego ciekły wymieniacz jonowy — kwas dwunonylonaftalenosulfonowy (DNNS) w formie kompleksu

ze streptomycyną (STRM).

2

Kompleks STRM—DNNS przygotowano metodą ekstrakcji jonowymien­

nej. Fazę organiczną stanowił kwas DNNS, a fazę wodną — świeżo przygoto­

wany 0,1 M roztwór wodorotlenku streptomycyny. Gdy rozdzielono fazy, fazę 'organiczną suszono i przechowywano w temperaturze + 5 °C.

Fazę membranową z optymalnym składem wagowym: 0,2 g kompleksu STRM—DNNS; 0,6 g PCW; 1,18 g ftalanu dwubutylowego oraz 0,02 g fos­

foranu trójbutylowego przygotowano odważając odpowiednie ilości skład­

ników. Mieszaninę odpowietrzano i napełniano nią teflonowy czujnik z elektro­

dą Ag/AgCl.

Mieszaninę żelowano w temperaturze +80°C w czasie 30 min.

Elektrodę kondycjonowano w 10“1 M roztworze siarczanu streptomycyny.

POMIARY SEM

Pomiary SEM układu elektroda streptomycynowa—elektroda odniesienia (Orion 90-01) wykonywano w temperaturze pokojowej za pomocą miernika Orion Research Microprocessor lonalyzer 901. Wszystkie pomiary prowadzono stosując mieszanie roztworów.

CZAS ODPOWIEDZI

Czas odpowiedzi elektrody wyznaczono metodą wstrzyknięcia stężonego standardu do roztworu podstawowego, a następnie rozcieńczenia tego roztworu w stosunku 1:1. Zmiany SEM badanej elektrody w czasie rejestrowano za pomocą rejestratora Muszar-Meresztechnika, Hungary. Stężenie i objętość próbki ze standardu spełniały następujące warunki:

vp:v,=20:l cp:c,= 1:100.

WSPÓŁCZYNNIKI SELEKTYWNOŚCI

Współczynniki selektywności elektrody streptomycynowej wyznaczono me­

todą roztworów oddzielnych, obliczając je z zależności:

pot E2-E log К =—---

STRM/N S

gdzie oznaczenia literowe mają swe zwyczajowo przyjęte znaczenie.

WYNIKI

KRZYWE KALIBRACYJNE

Zachowanie się elektrody streptomycynowej badano w roztworach strep­

tomycyny oraz roztworach kationów interferujących o stężeniach 10’MO’5 M otrzymanych metodą rozcieńczania roztworu podstawowego.

Przykładowe krzywe kalibracyjne elektrody przedstawiono na rycinie 1.

Rye. 1. Krzywe kalibracyjne elektrody streptomycynowej:

1. streptomycyna; 2. Ca2+; 3. Na+; 4. K+

Niektóre parametry analityczne elektrody o funkcji streptomycynowej zebrano w tabeli 1.

Z danych zebranych w tabeli 1 oraz z ryciny 1 wynika, że ta elektroda

charakteryzuje się nachyleniem charakterystyki «27,3 шУ/рс^ц, zbliżonym

do nachylenia charakterystyki elektrod selektywnych względem jonow dwuwar-

tościowych. To nietypowe nachylenie wynika najprawdopodobniej z faktu, że

w procesie wymiany jonowej z kwasem DNNS ze względów sferycznych biorą

4

udział tylko dwie zasadowe grupy guanidynowe i streptomycyna w tym kompleksie zachowuje się jak kation dwuwartościowy. Na wartość nachylenia charakterystyki elektrody może też mieć wpływ równowagowe stężenie jonów STRM2+, których istnienie w roztworach о рНхб zostało potwierdzone [6].

Tab 1. Parametry analityczne elektrody streptomycynowęj

Nachylenie charakterystyki

[mV/pcsTRM] 27,3

Odchylenie standardowe

n = 5 [mV] 2,1

Granica detekcji [M] 10’5 Zakres odpowiedzi nernstowskiej

[M] io-MO’2

Czas życia [dni] 14

Oporność [MG] 10

Współczynniki selektywności

[•KSTRM/Na] 0,015

[Kstrm/k] ^0,059

[•KsTRM/Ca] 0,064

Czas życia elektrody badano poprzez pomiar nachylenia charakterystyki oraz współczynników selektywności elektrody znajdującej się przez cały czas w świeżym roztworze streptomycyny.

Rezultaty przedstawiono w tabeli 2.

Tab. 2. Zmiana parametrów analitycznych elektrody streptomycynowęj w czasie

„Wiek”

elektrody [dni]

S [mV/pcSTRM]

L.D.

[M]

Współczynniki selektywności

[Kpot J

strm/n

1 28,2 10-s Na 0,015

К 0,0059 Ca 0,064

8 27,0 610-’ Na 0,041

К 0,023 Ca 0,4

14 22,5 10-* Na 0,065

К 0,035 Ca 0,42

Krótki czas życia elektrody wynika z tzw. kwaśnej hydrolizy streptomycyny w fazie membranowej. Potwierdzeniem tego jest fakt, że elektrody, które w fazie membranowej zawierały dwukrotny nadmiar kwasu DNNS w stosunku do kompleksu STRM—DNNS, miały prawidłową charakterystykę tylko w ciągu 4-5 dni, po tym okresie nachylenie charakterystyki spadało do wartości

«10 mV/pc^.

CZAS ODPOWIEDZI

Czas odpowiedzi zmierzony metodą „wstrzyknięcia” wynosi « 60 s. Przed­

stawiono to na rycinie 2.

Ryc. 2. Czas odpowiedzi elektrody streptomycynowej:

c =10’s M;c,-10-2 M; v =20 ml; u,= l ml P ’1 ’ p ’ я

OZNACZENIA STREPTOMYCYNY W PRÓBKACH SYNTETYCZNYCH

Praktyczną przydatność elektrody sprawdzono wykonując oznaczenia streptomycyny metodą „krzywej kalibracyjnej” oraz „dodatku próbki do standardu” w wodnych roztworach streptomycyny o znanym stężeniu 0,475 g/1.

Pomiary wykonano za pomocą Orion Research Microprocessor lonaly-

zer 901.

6

Metoda krzywej kalibracyjnej Standard I — 0,058 g/1 STRM2(SO4)3

Standard П — 0,580 g/1 STRM2(SO4)3 Próbka 0,475 g/1 (STRM)2(SO4)3 Wynik oznaczeń podano w tabeli 3.

Tab. 3. Wynik oznaczeń streptomycyny i jego statystyczne opracowanie

Próbki [g]

Wynik oznaczenia

0,462 0,548 0,554 0,372 0,384 0,472 0,398 Statystyczne opracowanie wyniku

n=7 x =0,4569 5. = 0,070 g

<5,^ =0,075 g Bł.% = —4%

Współcz. zmienności

<5.. i-100%

v ——---=16,5%

X

Metoda „dodatku próbki do standardu”

Standard 0,045 g/1 (STRM)2(SO4)3 Próbka 0,475 g/1 (STRM)2(SO4)3

Objętość roztworu standardowego vs=50 ml Objętość próbki vp=5 ml

Wynik oznaczeń podano w tabeli 4.

Tab. 4. Wynik oznaczeń streptomycyny i jego statystyczne opracowanie

Próbki [g]

Wynik oznaczenia

0,492 0,473 0,527 0,389 0,390 0,418

Statystyczne opracowanie wyniku n = 7

x=0,431 g 5,=0,063 g a,.! =0,068 g Bł.% = —9,1%

Współcz. zmienności ó._i-100%

V = --- = 15,8 % X

Za pomocą elektrody o funkcji streptomycynowej można oznaczać strep­

tomycynę pod warunkiem wielokrotnego wykonania oznaczenia. W obu testowanych metodach uzyskuje się wtedy procentowy błąd oznaczenia typowy dla danej metody.

Duże odchylenie standardowe oraz wysoki współczynnik zmienności nie dają pewności uzyskania poprawnego wyniku przy wykonaniu 1-2 pomiarów.

Czynniki te znacznie ograniczają zastosowanie elektrody do rutynowych oznaczeń streptomycyny.

Stan ten wynika ze skomplikowanej równowagi jonowymiennej pomiędzy dużymi cząsteczkami organicznymi na granicy faz i powoduje znaczne fluktua­

cje potencjału elektrody wokół wartości średniej. Fakt ten potwierdza analiza statystyczna. Wyniki badań przedstawione w powyższej pracy świadczą jednak, że skonstruowana przez nas elektroda o funkcji streptomycynowej może znaleźć praktyczne zastosowanie w laboratoriach biomedycznych.

Stosunkowo wysoka selektywność elektrody względem jonów sodu i potasu jest jej zaletą. Na pewne niedogodności w postępowaniu analitycznym (krótki czas życia oraz konieczność wielokrotnego powtarzania pomiarów) można się zgodzić, gdyż jak dotąd jest to pierwsza elektroda jonoselektywna umoż­

liwiająca bezpośredni pomiar stężenia streptomycyny w roztworze.

LITERATURA

[1] DumkiewiczR., Talanta, 36 (4) 509 (1989).

[2] DumkiewiczR., Chem. Analyt., 37, 303 (1992).

[3] DumkiewiczR., Analyst, 114 (1), 21 (1989).

[4] DumkiewiczR., Ann. UMCS, Sec. AA. 42/43, 1 (1987/1988).

[5] Sykut К., Dumkiewicz J., Dumkiewicz R., Ann. UMCS, Sec. AA, 13,1 (1978).

[6] Kondratiewa A. P., Libinson G. S., Bruns В. P., Antibiotiki, 8, 722 (1970).

SUMMARY

An ion-selective electrode with a pseudo-liquid potential determination for streptomycin determination has been prepared. The basic electrode analytical parameters (measuring range, slope, detection limit, response time, lifetime, and selectivity coefficients in relation to some inorganic ions have been determined.